心肺运动试验（cardiopulmonary exercise testing，CPET）是一种安全可靠、可重复、无创的心肺功能评估方法。多项研究表明CPET有助于预测围手术期并发症和死亡率，已在临床上得到了广泛应用。目前认为，没有单一的CPET变量可以预测所有围手术期风险，其不同变量的效用取决于手术类型及患者的高危因素。本文就CPET各变量对评估不同手术类型的围术期风险的预测价值进行归纳总结。

全球每年进行约3.19亿次手术且约17%的患者会出现严重的术后并发症，给全球带来了巨大的经济负担。大部分术后并发症发生在有合并基础疾病和高龄的高危因素的患者中，与患者术后的长期存活密切相关，早期干预可能会降低患者的并发症及死亡率，因此对围手术期进行风险评估尤为重要。

大手术与全身炎症反应相关，炎症反应显著增加围手术期的需氧量，如果氧供应不足，组织无氧代谢就会增加，而无氧代谢不可长期持续，如果组织氧气供应持续得不到恢复，最终可导致器官功能障碍。运动应激和围手术期的应激反应相似，机体需氧量增加，从而心率、呼吸增快，心肌负荷增加，因此均需要机体有较高的心肺储备。故心肺功能能力评估是术前风险评估的基础，国际上术前评估指南也强调了早期对心肺功能能力评估的重要性。CPET通过测量渐进性需氧量增加的运动过程中的全身性数据来检测和评估心肺功能，它包括静息基线上的气体交换分析，运动负荷测试，持续的心电图监测，达到运动峰值时的呼吸气体交换分析，及在运动后恢复期的生命体征和气体交换分析。其不仅客观评价了生理应激状态下心脏循环系统、呼吸系统和肌肉代谢系统的综合功能，还可以确定运动不耐受的原因，是预测围手术期并发症和死亡率的有效工具。

CPET常用变量包括峰值摄氧量（peak oxygen uptake，VO_2peak）、无氧阈值（anaerobic threshold，AT）和二氧化碳通气当量（ventilatory equivalents for carbondioxide，VE/VCO₂），因此，CPET可间接反映患者的生理储备量，监测了他们在静息基线上可增加代谢率的程度，从而评估是否可耐受手术和术后增加的代谢压力。心肺储备较高的患者术后能更好地代偿并获得足够的组织氧供应，从而术后恢复更快，相关并发症发生的风险更低。

近年来，越来越多的研究支持将CPET用于各种外科专业的术前风险评估。在绝大多数队列研究中，以VO_2peak或AT表示的功能能力与术后并发症和死亡率相关。不同外科手术中，预测可能发生术后并发症的CPET值具有差异，这可能是不同手术引起生理应激的程度不同，如开放式食管切除术与腹腔镜结直肠手术。随着医疗水平的发展，CPET术后风险预测值有下降的趋势，如腹腔镜手术中AT从11下降到9~10mL.kg^-1.min-¹，这可能因为手术技术的发展和围手术期护理的改善。所以没有单一的心肺运动试验变量阈值可以用于评估不同手术的围手术期风险。

1. 峰值摄氧量

峰值摄氧量（VO_2peak）是指在快速递增运动试验中获得的最高摄氧量。VO_2peak取决于除运动能力外的其他因素，如患者努力程度，意志和关节疼痛等，因此无法真实反映患者的生理最大值，但它对预测各种队列研究的结果仍具有相当大的临床实用性。VO_2peak和最大摄氧量（VO_2max）不同，后者是受试者摄氧量不随运动量增加而保持稳定的平台，达到了最大有氧代谢，接近患者的耐受极限，体现了其最大心肺储备。然而，在CPET期间并非所有受试者都会达到VO_2max的平台期，这对临床使用有一定限制性。

VO_2peak已被证明可以预测大部分腹部手术和胸外科手术的围手术期并发症和死亡率。研究表明，VO_2peak< 15 mL.kg-¹.min^-1与腹部、主动脉和胸部手术后的并发症和死亡率有关，而VO_2peak>20 mL.kg-^1.min^-1与非心脏手林后围手术期并发症和死亡率的发犊负相关怎叫VO_2peak还可预测不同严重程度的术后并发症，如感染、肺炎和呼吸衰竭等。VO_2peak虽然会受到功能容量、适应性及意志等方面的影响，且有一定的临床局限性，但它仍对预测术后心肺并发症的发生具有临床意义。

2、无氧阈值

无氧阈值（AT）是一种广泛使用的次极量或可持续运动能力的测量方法。指递增运动过程中的摄氧量，超过这个量，动脉血乳酸开始持续上升，高于静息水平，反映了从有氧代谢到无氧（糖酵解）代谢的转变'逍。当肌肉的氧气需求超过供应时，运动肌肉中无氧代谢乳酸的积累就会发生，此时静脉血乳酸浓度开始升高，乳酸的增加是由于其糖酵解合成超过其清除率，导致相关的代谢性酸中毒。与VC^ak相比，AT与意志、努力无关，但观察者间的测量误差更大。

许多观察性研究发现AT<9~11ml.kg^-1.-min^-1与非心脏手术后并发症和死亡率有关。使用9~11ml.kg^-1.-min^-1的AT的研究表明，对术后死亡率有很高的阴性预测值（94%~100%），反映了这一结果的低发生率。无氧阈是一个客观变量，不能被病人随意改变。在30多个病例队列研究中，它比其他CPET变量更精确地预测了各种外科专业的术后结果。研究发现AT降低或通气效率受损的患者更有可能在重大腹腔手术后死亡，无论他们是否有相关的临床心脏危险因素。

3、二氧化碳通气当量

二氧化碳通气当量（VE/VCO₂）定义为每分钟通气量与二氧化碳产生的比率，是气体交换效率的量度，无氧阈值下的VE/VCO₂代表了肺的气体交换能力，反映了通气_灌注匹配和生理死腔U1]o在慢性心肺疾病中，如心力衰竭、慢性阻塞性肺疾病、肺动脉高压和其他呼吸系统疾病中VE/VCO₂可升高，并具有预后价值。在围手术期中，VE/VCO2可以预测术后并发症（特别是心肺并发症）和长期死亡率關。

最近的胸外科手术队列表明VE/VCO₂可能比VO_2peak能更好的预测术后死亡率和肺部并发症口句，可能是由于VE/VCO₂较高表示气体交换效率降低，容易出现术后肺不张或低通气耐受能力降低，从而增加了肺部并发症的易感性。

有研究表明VE/VCO₂>34-42ml.kg^-1.min^-1与术后死亡率和并发症有关。然而，这种联系并没有得到一致的证明，在最近的一项系统评价中，只有36%的CPET研究发现VE/VCO₂与术后结果之间存在关联。近年来，VE/VCO₂越来越重要，它对运动强度的依赖性很小，这使得它成为评估慢性心力衰竭患者预后最重要的CPET参数。VE/VCO₂高于34或36被认为是最好的高风险标志。许多作者证实，相比VO_2peak，VE/VCO₂具有更好的预后价值。

1. 上腹部手术

上腹部手术包括胃十二指肠、肝、胆、胰、脾等手术，因其靠近呼吸肌，故对心肺功能要求较高。有研究报道CPET是肝移植术后死亡率的重要预测因素。Junejo等报道了AT为9.9ml.kg^-1.min^-1可预测肝脏手术后30d的存活，AT9.0ml.kg^-1.min^-1对术后90d存活率差异有统计学意义（P<0.05），其敏感度和特异度分别为90.7%和83.3%。Beral等报道肝移植后1年存活者的AT中位数为11.7ml.kg^-1.min^-1，而非存活者为9.8ml.kg^-1.min^-1（P=0.04）。Kaibori等对术后患者进行了1~3年的随访，发现AT≧11.5 ml.kg^-1.min^-1可以预测患者的生存率（P<0.05）。因此可得出，当AT最小为9.ml.kg^-1.min^-1可以预测短期死亡率（最多90d），但AT至少是11.5ml.kg^-1.min^-1时可以预测长期死亡率（≧1年）。VO_2peak同样有助于预测肝脏手术后的死亡率。Neviere等研究表明，肝移植术后1年存活者的VO_2peak为18.6（s2.8）mL-kg'-min1，死亡者为17.1（s3.3）ml.kg^-1.min^-1（P=0.04）。Kaibori等提出了VO_2peak≧16.5ml.kg^-1.min^-1可作为术后两年存活率的预测指标（P<0.05）。

Junejo等发现，达到无氧阈时的VE/VCO₂阈值为34.5是术后心肺并发症的预测指标，同时还发现该指标可以预测患者肝切除术后克罗恩病（CD III-IV级）并发症的发生率报道AT时心率（P<0.05）和VO_2peak时的心率（P<0.05）与所有术后并发症相关。术前CPET对肝脏手术后并发症的预测可能有好处，但CPET的预后能力有待进一步研究验证。

Junejo等报道CPET变量与胰腺手术术后并发症无关（P<0.05）。Ausania等提出AT平均为14.1ml.kg^-1.min^-1的患者无并发症发生，而发生并发症的患者AT平均为11.3ml.kg^-1.min^-1。相反，Chandrabalan等报道AT<10ml.kg^-1.min^-1与术后胰痿（P=0.03）和主要腹内脓肿（P=0.04）显著相关，而与心脏（P=0.31）或肺部并发症（P=0.66）无关。Ausania等报道，AT>10.1ml.kg^-1.min^-1组术后并发症发生率显著低于对照组。

2.下腹部手术

下腹部手术包括子宫及附件、膀胱、结直肠、肾等手术。West等报道VO_2peak、AT和VE/VCO₂是直肠癌和结肠手术术后并发症发病率的独立预测指标。在术后发病率调查（POMS）中发现，VO_2peak和AT与直肠癌和大结肠手术后第5天的术后并发症发生有关，AT<10.1ml.kg^-1.min^-1和VO_2peak为16.7ml.kg^-1.min^-1可预测术后30d并发症发病率，VO_2peak<18.6ml.kg^-1.min^-1和AT<10.6ml.kg^-1.min^-1可预测术后90d并发症发病率。但由于结肠手术术后较低的死亡率，因此难以得出AT及VO_2peak对术后死亡率的预测。

同样，Ulubay等无法确定CPET是否可以预测肾移植手术后的死亡率，因为在相对较小的样本量中没有死亡（n=16）。目前还没有研究表明CPET对肾移植术后并发症具有预测能力。

3. 胸外科手术

VO_2peak广泛用于肺癌手术患者的术前评估。研究表明VO_2peak>20ml.kg^-1.min^-1的患者并发症和死亡率风险较低。VO_2peak为10~15ml.kg^-1.min^-1的患者代表中度危险组。而VO_2peak<10ml.kg^-1.min^-1的患者术后并发症和死亡率较高。较VO_2peak来说，VE/VCO₂可更好的预测胸外科手术的术后并发症和死亡率。VE/VCO₂>35ml.kg^-1.min^-1被识别为高风险群。但是胸腔镜手术的出现带来了进一步的不确定性，胸腔镜手术的围手术期并发症和死亡率与开胸手术相比较低。

在上消化道手术中，Nagamatsu等报道了在食道切除加淋巴结清扫术后，发生心肺并发症的患者的VO_2max低于无并发症的患者（P<0.01）。相反，Moyes等报道VO_2peak与心肺并发症无关（P=0.07），但AT与并发症有关（P=0.05）。因其在上消化道手术的研究较少，死亡率也较低，无法得出CPET对其的预测价值，在该领域需要更多高质量的CPET对预后的研究。

4. 肥胖患者手术

减肥手术中，Hennis报道，有并发症患者的AT显著低于无并发症的患者（P<0.05）。McCullough等记录109例肥胖患者在腹腔镜Roux-en-Y胃旁路手术前的VO_2peak。研究发现，VO_2peak<15.8ml.kg^-1.min^-1患者有16.6%发生并发症，VO_2peak>15.8ml.kg^-1.min^-1的患者仅有2.8%出现并发症。因此，对肥胖患者的研究表明，VO_2peak对他们的术后并发症发生率有预测作用，且当VO_2peak>15.8ml.kg^-1.min^-1时，患者发生并发症的风险很低。

综上，AT是预测肝脏、胰腺和腹部手术围手术期并发症的最佳指标，VO_2peak和VE/VCO₂等变量显示出新的重要性。对于肝移植或肝切除术，早期AT最能预测死亡率，AT<9.9ml.kg^-1.min^-1可预测30d的死亡率，AT<9.0ml.kg^-1.min^-1可预测90d的死亡率。在选择性结直肠手术中，早期AT<11ml.kg^-1.min^-1和VO_2peak<10.6ml.kg^-1.min^-1均与30d、90d和2年死亡率增加有关，且低AT可以预测心血管和肺部并发症。在胰腺手术中，早期无氧阈的预测价值较低，VE/VCO₂的增加预示着死亡率的增加。在其他外科手术（如上消化道、肾移植、减肥手术）的研究中，支持CPET对手术风险的预测能力的数据较少，可能是因为手术风险较小和其他大手术人群差异。

综上所述，不同手术的变量阈值不同，可能是因为某些外科手术需要更高的生理需求，或者手术前后的管理因手术程序不同而不同。CPET作为风险分层工具，是评价手术代谢需求能力的金标准，可客观量化功能能力，通过提供个体化的风险评估来指导术前评估过程，指导共同决策、共病优化和术前运动训练，进行围手术期患者管理。为准确评估患者的围手术期并发症的风险，临床医生须考虑手术条件、手术类型和持续时间，以及手术产生的生理压力等多种因素。

研究发现CPET中其他变量对围手术期的风险评估也有预测作用。摄氧效率斜率（OUES）可能与AT和VO_2peak呈正相关，有助于鉴别术后并发症高风险的患者，OUES可以从次最大值测试中获得，因此可用于肥胖和关节活动差等无法进行最大运动量的患者，需要进一步研究证明OUES的预后价值。氧脉搏（oxygen pulse）可以替代每搏输出量，其与术前动脉脉压降低有关，后者与高风险手术患者队列中的高并发症相关。对运动后的异常心率反应也可能预测不良后果。运动后心率恢复延迟表明迷走神经功能障碍，并可预测术后并发症。目前已有利用人工智能来预测心血管围术期并发症及死亡率的研究，可进一步探索其在其他手术中的应用。未来的研究应该使用可靠的方法来进一步阐明CPET各变量在术前风险预测中的作用。